Los ingenieros de lodo y los ingenieros de perforación deben tener un cálculo rápido de las ecuaciones del fluido de perforación para ayudarlos mientras están en la plataforma. En este artículo tendremos una guía sencilla para las ecuaciones más utilizadas para las preparaciones del lodo de perforación, sistema, desplazamiento, volúmenes y más.
Cálculos básicos de ingeniería de lodo / fluido de perforación
Cálculos de densidad y gravedad específica para lodos
La densidad de un material se define como su masa por unidad de volumen y generalmente se expresa en unidades de g / cm3, kg / m3 o, comúnmente en el uso de campos petroleros para líquidos, lb / US gal. Como ejemplo, la densidad de (barita) es 4 g / cm3. La gravedad específica (SG) es una medida sin unidades de densidad relativa (la densidad de un material dividida por la densidad de una sustancia de referencia).
La sustancia de referencia es casi siempre agua que tiene una densidad muy cercana a 1 g / cm 3, por lo que la gravedad específica de un material es muy similar numéricamente a la densidad de ese material, pero para un trabajo preciso es necesario citar las temperaturas a las que se realizan las medidas.
Para determinar la SG de un material, divida la densidad del material por la densidad del agua. Tenga en cuenta que para un trabajo preciso, la densidad del agua depende de la temperatura y debe indicarse la temperatura de referencia. Las temperaturas de referencia comunes son 39 ° F (4 ° C) y 68 ° F (20 ° C); la diferencia en la densidad del agua a estas dos temperaturas es aproximadamente del 0%.
Dos cifras se utilizan ampliamente en la industria de fluidos de perforación para la densidad del agua en unidades de yacimientos petrolíferos (lb / gal EE. UU.). La cifra de 45 supone que la temperatura de medición es de 39 ° F (4 ° C) y esta es la cifra adoptada por la API. La cifra de 3 asume que la temperatura de medición es 68 ° F (20 ° C) y esta es la cifra que se utiliza en este artículo. Usando esta figura, un lodo de 15.0 lb / gal tiene una SG de 1.8.
Ecuación 1
Cálculos de volumen, capacidad y desplazamiento para ingeniero de lodo
El volumen y la capacidad tienen las mismas unidades, pero no siempre son iguales. Por ejemplo, un pozo de lodo de 300 bbl de capacidad vacío podría contener solo un volumen de 200 bbl. El desplazamiento es el volumen de fluido desplazado cuando la sarta de perforación se introduce en el pozo llena de fluido.
Cálculos de volumen para fluido de perforación
Volumen del sistema de lodo = el volumen total de lo que hay en los pozos activos más ese volumen en el pozo
Volumen total de lodo = volumen del pozo + volumen del pozo
Volumen de salida de la bomba = ese volumen ajustado para la eficiencia de la bomba. Las bombas dúplex tienen una eficiencia aproximada de 85 a 95%, mientras que las bombas triples tienen una eficiencia aproximada de 90 a 98%.
Las siguientes dos ecuaciones de perforación que utiliza el ingeniero de lodos calculan la salida de la bomba Q, con una eficiencia volumétrica del 100%. La constante, Ve, se puede ajustar para calcular el bbl / carrera, gal / carrera o litro / carrera.
Ecuación 2
Ecuación 3
Dónde:
D l = diámetro del revestimiento, pulgadas
D r = diámetro de la varilla, pulgadas
V e = Eficiencia volumétrica (fracción decimal)
Sl = longitud de la carrera, pulgadas
Determinación de la capacidad del pozo para tanques de lodo
El contenedor más común para los volúmenes superficiales son los pozos rectangulares con lados verticales y fondos planos. Otros tipos de pozos que pueden encontrarse son pozos rectangulares con lados inclinados y tanques cilíndricos circulares o elípticos. (ver también el artículo sobre el sistema de fluido de perforación )
Todas las dimensiones utilizadas por el ingeniero de perforación / lodo en las siguientes fórmulas de cálculo están en pies.
Tanques de lodo rectangulares con fondo plano
Ecuación 4
Tanques de fluido rectangulares con lados inclinados
Ecuación 5
Tanques cilíndricos de lodo circular
Para cálculos de ingenieros de lodo, tanques cilíndricos verticales
Ecuación 6
Tanques cilíndricos horizontales
yo. Determine la capacidad total del tanque.
Ecuación 7
ii. Determine el porcentaje del diámetro del tanque que está lleno. Si un tanque de 8 pies de diámetro se llena hasta un nivel de 2 pies, el tanque se llena al 25% de su diámetro.
iii. Utilice el siguiente gráfico para determinar el volumen del tanque en función del porcentaje del diámetro del tanque lleno.
Ejemplo :
Diámetro = 4 pies
Longitud = 20 pies
Altura del fluido = 1 pie
Capacidad total del tanque = (34 × 22 × 20) / 515 = 443 bbl
Porcentaje de la profundidad del líquido al diámetro = (1 ÷ 4) × 100 = 37
En el gráfico, el porcentaje de 37 indica el 34% de la capacidad
Porcentaje de la capacidad total = 04 × 44 = 15 bbl de fluido en el tanque
Tanques cilíndricos elípticos
Ecuación 8
Cálculos de capacidad y desplazamiento del lodo de perforación (sarta de perforación y pozo)
Nomenclatura
- Diámetro exterior, pulg. - DE
- Diámetro interior, pulg. - DI
- Diámetro del orificio, pulg - D h
- Diámetro exterior anular de la tubería, pulg - D
- Diámetro interior anular de la tubería, pulg - d
- Tubería de extremo cerrado - CE
- Tubería de extremo abierto - OE
Capacidad
Para que el ingeniero de perforación / lodo realice cálculos de la capacidad de la tubería de perforación , los collares de perforación , la tubería de perforación de peso pesado , la carcasa , otros tubulares, el pozo (entubado o abierto) ( Descargar ahora la hoja de cálculo de capacidad ): Diámetro del pozo = Dh o ID de la tubería de revestimiento se utilizan para resolver la siguiente ecuación.
Ecuación 9
Desplazamiento
Tubería de extremo abierto
En relación con la tubería de perforación, los collares de perforación y otros tubulares, se encuentra el volumen de fluido que la tubería desplaza por el grosor de su pared. El diámetro exterior y el diámetro interior de la tubería se utilizan en la siguiente ecuación:
Ecuación 10
Tubería de extremo cerrado
En relación con la tubería de perforación, los collares de perforación y otros tubulares, se encuentra el volumen de fluido que se desplaza por el grosor de la pared más la capacidad interna de la tubería.
Ecuación 11
Volumen de pozo abierto y revestimiento (sin tubería)
Ecuación 12
o Ecuación 13
Nota El ingeniero de perforación / lodo utilizará el diámetro interior (ID) para el revestimiento y el diámetro de la broca para los cálculos de pozo abierto. No permita el lavado del pozo abierto a menos que los valores se conozcan a partir de los datos de registro de fluidos (lodo) o los registros de la pinza. Se pueden utilizar tablas de capacidad anular o de revestimiento en lugar de las fórmulas.
Capacidad de tubería
Ecuación 14
o Ecuación 15
Dónde:
ID = diámetro interior de la columna de perforación. (en.)
Utilice ID equivalentes de las tablas de tuberías de esta sección.
L = Longitud (pies)
Desplazamiento de tubería obtenido de tablas de tuberías
Debido a los diferentes espesores de los distintos tipos de juntas de herramientas, lea los desplazamientos de las tablas de tuberías en lugar de calcularlos, a menos que se disponga de especificaciones de juntas de herramientas.
Volumen anular
Ecuación 16
o
Ecuación 17
Dónde:
- ID = diámetro interior de la carcasa o diámetro de la broca (pulg.)
- OD = diámetro exterior de la columna de perforación o los collares de perforación (pulg.)
- L = Longitud de la sección anular (pies)
Velocidad anular
Ecuación 18
Donde :
- AV = velocidad anular, (pies / min)
- gpm = gal / min
- ID = diámetro interior del agujero o revestimiento (pulg.)
- OD = Diámetro exterior de la tubería o collares (pulg.)
De abajo hacia arriba (trazos o tiempo)
Ecuación 19
Desplazamiento circulante total (golpes o tiempo)
Ecuación 20
Dónde:
Volumen total del sistema = volumen de superficie + capacidad de tubería + volumen anularDesplazamiento del volumen del agujero (trazos o tiempo)
Ecuación 21
Dónde:
- Volumen del agujero = volumen anular + capacidad de la tubería de perforación
- Volumen del pozo = Capacidad del pozo abierto - Desplazamiento de la sarta de perforación
Cálculos del tiempo de circulación del lodo de perforación
Nomenclatura
- Capacidad del anillo: tapa Ann
- Salida de la bomba - Q
- Capacidad de la columna de perforación: tapa DS
Ecuación 22
Ecuación 23
Ecuación 24
Cálculos de densidad y volumen
Aumento de densidad con (barita)
Ecuación 25
Donde :
- X = Sacos de BAR / 100 bbl de fluido (sacos de 100 lbm)
- W1 = Densidad inicial del fluido (lbm / gal)
- W2 = Densidad de fluido deseada (lbm / gal)
Si usa Barita 4, reemplace 1470 con 1,435 y 35 con 34 en la ecuación anterior.
Aumento de volumen con (barita)
Ecuación 26
Donde :
- V = aumento de volumen / 100 bbl de líquido
- W1 = Densidad inicial del fluido (lbm / gal)
- W2 = Densidad de fluido deseada (lbm / gal)
Si usa Barita 4, reemplace 35 con 34 en la ecuación anterior.
Aumento de densidad usando (hematita)
Ecuación 27
Donde :
- X = Sacos de fluido DENSIMIX / 100 bbl (sacos de 100 lbm)
- W1 = Densidad inicial del fluido (lbm / gal)
- W2 = Densidad de fluido deseada (lbm / gal)
Aumento de volumen con (hematita)
Ecuación 28
Dónde:
- V = aumento de volumen / 100 bbl de líquido
- W1 = Densidad inicial del fluido (lbm / gal)
- W2 = Densidad de fluido deseada (lbm / gal)
Aumento de densidad usando (CaCO3)
Ecuación 29
Donde :
- X = Sacos de líquido MIL-CARB / 100 bbl (sacos de 100 lbm)
- W1 = Densidad inicial del fluido (lbm / gal)
- W2 = Densidad de fluido deseada (lbm / gal)
Aumento de volumen con (CaCO3)
Ecuación 30
Donde :
- V = aumento de volumen / 100 bbl de líquido
- W1 = Densidad inicial del fluido (lbm / gal)
- W2 = Densidad de fluido deseada (lbm / gal)
Reducción de peso con agua dulce
Ecuación 31
Donde :
- X = bbl de agua requerido
- Vi = Volumen inicial (bbl)
- W1 = Densidad inicial del fluido (lbm / gal)
- W2 = Densidad de fluido deseada (lbm / gal)
Reducción de peso con aceite
Ecuación 32
Gravedad específica del aceite = 0,84
Donde :
- X = bbl de aceite requerido
- Vi = Volumen inicial (bbl)
- W1 = Densidad inicial del fluido (lbm / gal)
- W2 = Densidad de fluido deseada (lbm / gal)
Mezcla de líquidos de diferentes densidades
Ecuación 33
Ecuación 34
Donde :
- VA = Volumen del primer fluido (bbl)
- VB = Volumen del segundo fluido (bbl)
- VT = Volumen final (bbl)
- WA = Densidad del primer fluido (lbm / gal)
- WB = Densidad del segundo fluido (lbm / gal)
- WT = Densidad de fluidos combinados o peso final (lbm / gal)
Nota El Ingeniero de Perforación / Lodo debe saber que esta fórmula de cálculo de fluidos de perforación asume que los fluidos son totalmente miscibles, no ocurren reacciones de precipitación y los fluidos tienen una salinidad comparable. Esta ecuación no se aplica a la mezcla de fluidos de salmuera de alta densidad.
Aumento de la densidad del fluido para la tubería Slugging
Ecuación 35
Donde :
- ∆D = Aumento de la densidad del fluido (lb / gal)
- MW = Densidad de fluido actual (lb / gal)
- DP tapa = capacidad de tuberías de perforación (bbl / ft)
- V slug = volumen de slug, generalmente de 30 a 50 bbl
- L DP = Longitud deseada de tubería seca, generalmente de 500 a 800 pies
Profundidad vertical frente a cálculos de orificios desviados
Profundidad vertical verdadera (método de ángulo promedio)
Ecuación 36
Desplazamiento horizontal (método de ángulo medio)
Ecuación 37
Determinación del punto de inicio
Ecuación 38
Donde (todas las profundidades en pies):
- TVD1 = Profundidad vertical verdadera en el punto 1
- TVD2 = Profundidad vertical verdadera en el punto 2
- MD1 = profundidad medida en el punto 1
- MD2 = profundidad medida en el punto 2
- HD1 = Desplazamiento horizontal en el punto 1
- HD2 = Desplazamiento horizontal en el punto 2
- θ1 = Desviación en el punto 1
-
- T = profundidad del objetivo
- BUR = tasa de acumulación (° / 100 pies)
Nota Este método de cálculo del fluido de perforación asume que la longitud del curso entre el punto 1 y el punto 2 es una línea recta. También se supone que la dirección y la inclinación son los promedios de los valores medidos en cada punto. El método será menos preciso cuando se aplique en recorridos largos, pero es una buena aproximación para la mayoría de los cálculos de ingeniería de lodo / perforación.
Los cálculos de lodo / fluido de perforación (cálculos de ingenieros de lodo) para pozos desviados deben usar la profundidad medida al calcular los volúmenes y la profundidad vertical al calcular los pesos de fluidos equivalentes.
Flotabilidad
